《Nature》文章：大堡礁沿线珊瑚群落变化与珊瑚礁鱼类多样性新兴模式的相关性

研究背景

随着气候变化和人类活动的加剧，生物多样性的稳定性在现代地质时期（人类世）受到质疑。珊瑚礁生态系统在过去几十年中经历了广泛的生态变化，特别是大堡礁（Great Barrier Reef，GBR）受到了严重影响。自1998年以来，大堡礁经历了六次极端升温事件，其中四次发生在2016年至2022年间，导致98%的珊瑚礁至少经历了一次漂白事件。这些变化不仅影响了珊瑚覆盖率，还导致了珊瑚组成的变化。珊瑚礁鱼类的多样性和群落结构也因此发生了显著变化。理解这些变化的机制和后果对于预测广泛物种替代的生态影响至关重要。

研究内容

本研究利用澳大利亚海洋科学研究所（AIMS）的大堡礁长期监测计划（LTMP）数据，分析了1995年至2022年间大堡礁鱼类多样性的变化模式，特别是局部多样性（α多样性）和物种相异性（β多样性），以及这些变化与珊瑚覆盖率和珊瑚组成变化的相关性。研究的主要问题包括：

珊瑚礁鱼类物种丰富度的纬度梯度模式是否随时间发生了变化？

这些变化是否与珊瑚礁鱼类群落组成的周转有关？

这些变化如何影响珊瑚礁鱼类的营养组结构？

珊瑚覆盖率和珊瑚组成的变化在多大程度上与珊瑚礁鱼类多样性模式相关？

研究方法

数据收集：使用AIMS的LTMP数据，涵盖1995年至2022年间大堡礁92个珊瑚礁的监测数据，这些珊瑚礁分布在八个纬度区段（Cooktown/Lizard Island、Cairns、Innisfail、Townsville、Whitsunday、Pompey、Swain和Capricorn-Bunker），跨越超过1200公里的范围。

鱼类多样性分析：通过层次广义加性混合模型（HGAM）分析珊瑚礁鱼类的物种丰富度（α多样性）和物种相异性（β多样性）。物种相异性使用Bray-Curtis相异性度量（BCd）进行计算，数据在计算前进行平方根转换以均匀化方差。

珊瑚覆盖率和组成分析：使用层次广义加性混合模型HGAM模型估计珊瑚覆盖率和珊瑚组成的长期变化，并通过非度量多维尺度分析（nMDS）和相似性百分比分析（SIMPER）评估珊瑚组成的变化。

统计分析：使用广义线性混合模型（GLMM）估计不同时间段的效应大小，并通过主成分分析（PCA）探索环境因素如何解释观察到的啃食和浏览的空间模式。

研究结果

珊瑚礁鱼类物种丰富度的变化：研究发现，珊瑚礁鱼类的物种丰富度在1995年至2022年间发生了显著变化。低纬度地区的物种丰富度下降，而高纬度地区的物种丰富度增加，特别是在Capricorn-Bunker区段（图1）。这种变化主要是由于多个扰动事件的累积影响，包括大规模漂白事件、棘冠海星爆发和热带气旋。

物种相异性的增加：珊瑚礁鱼类的物种相异性（β多样性）在所有纬度区段中持续增加，表明物种组成的周转是普遍的（图2）。这种相异性主要由物种替代驱动，而不是个体数量的减少（嵌套性）。

营养组结构的变化：在大堡礁层面，杂食性鱼类和浮游生物食性鱼类对群落相异性的负贡献最大，反映了这些组别的显著下降（图3）。草食性鱼类在南部区段（Capricorn-Bunker）显著增加，而在北部和中部区段显著减少。

珊瑚覆盖率和组成的变化：珊瑚覆盖率在1995年至2000年间最高，随后逐渐下降，在2011年至2015年间达到最低点，之后有所恢复但未达到初始水平。珊瑚组成的相异性在时间上逐渐增加，特别是在2011年之后，表明珊瑚群落组成发生了显著变化。

珊瑚组成变化与鱼类多样性的相关性：研究发现，珊瑚组成的变化与鱼类多样性的变化相关性更强（图4）。珊瑚组成的变化对鱼类物种相异性的影响在Capricorn-Bunker和Cooktown/Lizard Island区段最为显著。

结论

本研究揭示了在现代地质时期，珊瑚礁鱼类多样性的经典宏观生态模式正在发生变化。珊瑚礁鱼类的物种丰富度和物种相异性在时间和空间上均表现出显著变化，这些变化主要与珊瑚群落组成的变化相关。研究结果强调了在评估珊瑚礁生态系统健康状况时，考虑珊瑚组成变化的重要性。未来的研究应继续探讨人类活动如何影响大尺度的生物多样性模式，以更好地理解生态系统在快速环境变化中的动态特性。

来源：Nature